网带输送机 可调速 浙江 防爆变频调速装置在屯兰矿带式输送机中的应用

　　摘要 本文主要介绍了防爆变频装置的原理、特点及在屯兰矿带式输送机中的具体应用情况，通过该项目的投资、监测、研究，对其技术原理、节能指标经济效益和市场潜力等方面进行综合评价，分析该技术的经济社会效益及推广的可行性。
　　关键词 防爆；变频调速装置；带式输送机；软起动；节能；效益
　　中图分类号TD5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2010）33-0217-02
　　1 概述
　　国内现有大多数煤矿的皮带输送机一般都采用工频拖动，较少使用变频器驱动。由于电机长期工频运行加之液力耦合器效率等问题，造成皮带运输机运行起来非常不经济；同时由于电机无法采用软起软停，在机械上产生剧烈冲击，加速机械的磨损；还有皮带、液力耦合器的磨损和维护等问题都会给矿井带来很大数额的费用问题。这对于现在创建环境型、节能型矿井是不相符合的。
　　屯兰矿作为年产500万t的大型现代化矿井，自动化水平较高，吨煤人工费用所占比例不大，而电费所占比例随之增大。为了降低成本，增强企业竞争力，节约电能损耗，屯兰矿非常重视利用现代调速技术节约能量，现已在带式输送机等大功率设备上使用变频调速装置，并取得了明显的经济及社会效益。
　　2 皮带机及变频器的基本原理
　　皮带机工作原理：皮带机通过驱动轮靠摩擦牵引皮带运动，皮带通过张力变形和摩擦力带动物体在支撑辊轮上运动。皮带是弹性储能材料，在皮带机停止和运行时都储存有大量势能，这就决定了皮带机的启动时应该采用软启动的方式。以往屯兰矿及国内大多数煤矿都采用液力耦合器来实现皮带机的软启动，在起动时调整液力耦合器的机械效率为零，使电机空载启动，电机的起动电流很大，不仅会引起电网电压的剧烈波动，还会造成电机内部机械冲击和发热等现象。同时采用液力耦合器软起皮带时，由于起动时间短、加载力大容易引起皮带断裂和老化，对皮带强度要求较高。加之液力耦合器长时间工作会引起其内部油温升高、金属部件磨损、泄漏及效率波动等情况发生，不仅会加大维护难度和成本、污染了环境，还会在多电机机驱动同一皮带时难以解决功率平均和同步问题。在这种情况下最好的解决办法是使用变频调速装置驱动。
　　变频调速装置是一种电能变换装置，可将固定频率、电压的交流电能变换为频率电压可调的交流电压，作为交流电机的驱动电源，使电动机获得无级调速所需的电压和电流。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。
　　3 变频器在带式输送机拖动上的应用特点
　　1）优越的软起、软停特性。防爆变频调速装置的起动、停止时间是任意可调的，也就是说起动时的加速度和停车时的减速度任意可调，而且是平稳起动；
　　2）验带功能。屯兰矿的原煤运输系统全以带式输送机为主，运输系统检修维护的主要工作是皮带机的检修维护，低速验带功能是皮带机检修的主要要求，变频调整系统为无极调速的交流传动系统，在空载验带状态下，变频调速装置可调整电机工作在5%~100%额定带速范围内的任意带速；
　　3）平稳的重载起动。转矩大，冲击电流很小；
　　4）功率平衡。屯兰矿井下皮带机系统多为双滚筒或多滚筒驱动的大功率电机，通过调整相应两变频器的速度给定来调整两电机之间的速度差，便可以任意增大或减小两驱动电机的电流差值的大小，因此可以通过单独的控制系统控制各电机的电流值，通过调整各电机的速度来使各电机电流值逐步趋于平衡；
　　5）降低胶带张力。由于采用防爆变频调速装置所产生的良好起动特性，至少可降低起动张力30%，在实际应用过程中，由于降低了起动冲击，皮带机机械系统的设备损耗也随之降低，尤其托辊及滚筒的寿命成几倍的延长；
　　6）自动调速、节电效果明显。在皮带机上采用变频驱动后的节能效果主要体现在系统功率因数和系统效率两个方面。
　　（1）提高系统功率因数
　　通常情况下，煤矿用电机在设计过程中放的裕量比较大，工作时绝大部分不能满载运行，电机工作于满电压、满速度而负载经常很小，也有部分时间空载运行。由电机设计和运行特性知道，电机只有在接近满载时才是效率最高、功率因数最佳，轻载时降低，造成不必要的电能损失。这是因为当轻载时，定子电流有功分量很小，主要是励磁的无功分量，因此功率因数很低。采用变频器驱动后，在整个过程中功率因数达0.9以上，大大节省了无功功率。
　　（2）提高系统效率
　　采用变频器驱动之后，电机与减速器之间是直接硬联接，中间减少了液力耦合器这个环节。而液力耦合器本身的传递效率是不高的，且主要是通过液体来传动，液体的传动效率比直接硬联接的传动效率要低许多，因而采用变频器驱动后，系统总的传递效率要比液力耦合器驱动的效率要高5%~10%。
　　据矿井统计，变频调速运行比直接工频运行可节约电能10％~15％。
　　4 施工安装及使用效果分析
　　经过于厂方技术人员的合作，屯兰矿于2007年6月在井下南二下组煤胶带机上安装了由唐山开诚电气有限公司生产的QJR系列变频调速装置。随后又在南四集中胶带机及12503工作面胶带机上安装此系列变频调速装置。
　　1）投资
　　按驱动2台315kW电机计，每台变频器30万元，共60万元，两台液力耦合器10万元计。比以往多投资40万元左右。
　　2）投资回收期计算
　　采用变频调速装置驱动后，按节电12%，每度电费为0.36元，年生产天数300天，日生产时间为18小时（集中带式输送机工作时间远远大于此时间），光靠电费的回收期为：
　　Y=200000/315×12%×18×300×0.36=2.7年
　　3）节省维修及人力费用
　　使用变频调速装置后对系统电网和机械传动设备基本无冲击，大大延长设备使用寿命，减少了大量维护费用及停产造成的煤炭产量的损失。屯兰矿的该防爆变频调速装置安装至今近两年，一直稳定运行，除正常清洁维护外，基本没有发生停产检修故障，这无疑节约了维修成本又保证矿井的生产不受损失。同时也节约了人力资源，相应地提高了矿井生产率。
　　由此可以看到，屯兰矿在带式输送机上安装变频调速装置，具有十分可观的直接经济效益和间接的经济效益。
　　5 结论
　　我国是世界上的产煤大国，又是能源贫乏的国家之一，而且也是吨煤电耗比较高的国家。我们要创造出一条以低能耗实现现代化的新路，节能降耗实为明智之举。
　　从屯兰矿的实际经验看采用防爆变频调速装置驱动皮带机彻底解决了带式输送机的软起、软停运行方式，大大提高了系统的功率因数和系统效率。系统可根据负载的变化情况自动调整输出频率及输出力矩，改变了以前电机工频恒速运行的模式，在很大程度上节约了电力能源；液力耦合器的退出更大地节约了设备的维护和维修费用。而且此项技术还可向绞车、风机、水泵矿井大型设备推广使用，对于建设节能型、环保型社会发挥了重要的作用。
　　参考文献
　　[1]胡崇岳.现代交流调速手册[M].北京：机械工业出版社，1998.
　　[2]孙树朴.半导体变流技术.中国矿业大学出版社，1999.